馕制品中淀粉消化特性及生物活性物质的研究

赵晓燕 张晓伟 王 萌 刘红开孙 璐 程 赞 朱运平

(济南大学烹饪学院食品科学与营养系1, 济南 250022)(北京工商大学北京市食品添加剂工程技术研究中心2,北京 102488)

馕是我国新疆维吾尔族特色的面制品，主要原料是小麦粉，加上少许盐和酵母，经发酵后烤制而成[1-5]。淀粉是小麦粉的主要成分，质量分数超过70%，由直链淀粉和支链淀粉组成[6]。淀粉的消化主要通过口腔内的唾液淀粉酶促使淀粉分解，进入胃后，唾液淀粉酶被胃液破坏并丧失其活力，只有一小部分淀粉被消化，在胃内不易消化，进入肠内，消化为麦芽糖和葡萄糖，麦芽糖最终也分解为葡萄糖，在小肠吸收进入血液[7]。

人体对淀粉的消化吸收量直接影响到体内的血糖指数，世界粮农组织/世卫组织指出具有高血糖生成指数(GI)值的食物能被肠道快速消化和吸收，导致高水平的血糖，而低和中等GI食物被缓慢吸收，对提高血糖水平有低等或中等作用，且研究证明低GI的饮食消费与降低糖尿病、冠心病、肥胖、结肠癌和乳腺癌风险之间的直接关联[8]。检测淀粉类食物在人体消化系统中消化特性时，常以快消化淀粉(Rapidly Digestible Starch，RDS)、慢消化淀粉(Slowly Digestible Starch，SDS)和抗性淀粉(Resistant Starch，RS)的质量分数作为指标[9,10]。相关文献研究证明，淀粉加工条件的不同可影响淀粉的淀粉消化性，而淀粉的消化特性直接影响到人体对葡萄糖的吸收量[10]。目前，对烤制工艺馕饼中淀粉消化速度的影响以及不同馕饼中淀粉消化速度间的差异的数据较少，游义娇[2]利用2种小麦粉对比实验静态模拟消化对麸质蛋白的影响，但也只是测定了馕中麸质蛋白的体外模拟消化。因此，本实验以新疆地区的馕和馒头为样品，采用体外模拟消化，开展了不同样品之间的消化率研究，可以更好的控制及优化烤馕加工的条件，为馕的营养评价和新型烤炉的开发提供实验数据，对于功能性馕的开发和满足特殊群体的饮食需求具有指导意义。

1 材料与方法

1.1 实验材料

新疆奇台小麦粉，制备馕(定义为XN，含水量72.57%)和馒头(定义为XM，含水量56.93%)。猪胰腺的胰酶(4 000 U/g)、猪胰腺的淀粉酶(9 U/mg)和猪胰腺的胃蛋白酶(3 000 U/mg)。无水葡萄糖、3,5-二硝基水杨酸、酒石酸钾钠、酚、无水亚硫酸钠、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化镁、氯化钙、氯化钠、和猪胆盐，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

HTD-20高级电热食品烘炉，V-5000可见分光光度计，RE-52A旋转蒸发器，SX3-4-10X陶瓷纤维马弗炉，KQ3200DB数控超声波清洗器，HH-4数显水浴恒温振荡器，LXJ-IIB低速大容量多管离心机，TGL16W高速离心机，YR-3M超微粉碎设备。

1.3 方法

1.3.1 小麦粉基本成分测定

含水量：参照GB 5009.3—2010，用直接干燥法进行测定[11]。灰分质量分数：参照GB 5009.4—2016，用900 ℃灼烧法进行测定[12]。脂肪质量分数：参照GB 5009.6—2016，用酸水解法进行测定[13]。湿面筋质量分数：参照GB/T 5506.1—2008，用手洗法进行测定[14]。白度：参照GB/T 22427.6—2008，用白度仪测定[15]。

1.3.2 样品馕及馒头的制备1.3.2.1 馕制作工艺

馕饼制作流程：原料→和面→醒发→成饼→戳孔→粘芝麻→烤制。

制作步骤：

原料：准备制作馕饼的原料(小麦粉，控制原料配比：水55%，油10%，酵母0.5%、盐1%和芝麻3%)和工具，称量好所需原料，将原料混合均匀。

和面：将混合好的原料和成面团，并将面团揉至表面光滑。

醒发：面团揉好进行醒发，面团醒发至2倍大体积后再进行揉制。发酵时间的长短和温度的高低是影响馕制品面团制作的关键[5]。经实验证明醒发温度为33 ℃左右，时间为65 min左右制成的馕感官评价最好。

成饼：揉制面团表面光滑无气泡后按压成饼状。

戳孔：在生馕饼上用馕戳均匀戳上花纹。

粘芝麻：粘上芝麻，整理饼坯。

烤制：放在烤盘上，进烘炉烤制。烤制的温度和烤制的时间都会严重影响馕的品质二者是相互制约、相辅相成的[15]。由预实验可知，烤制温度为320 ℃左右，时间为400 s左右制成的馕感官评价最好。

1.3.2.2 馒头制作

馒头制作流程：原料→和面→醒发→成型→蒸制。

制作步骤：

原料：小麦粉，控制原料配比：水48%，酵母1%[16]，称量好所需原料，将原料混合均匀。

和面：将混合好的原料和成面团，并将面团揉至表面光滑。

醒发：面团揉好进行醒发，面团醒发至两倍大体积后再进行揉制。

成型：醒发成功的面团在案子上揉搓直到表面平滑有光泽，并且面团里面不起泡。

蒸制：凉水蒸制0.5 h左右，蒸好后回气再取出。

1.3.3 游离葡萄糖(FG)质量分数测定[16]

葡萄糖测定采用DNS法，根据标准曲线得到公式关系式：y=0.153 9x-0.177 5，R2=0.995 8。FG质量分数测定方法：将样品(1.000 g)和磷酸盐缓冲液(0.2 mol/L，pH 5.2)充分混匀后，在95 ℃下加热20 min。在温度下降至37 ℃后，将糊化的淀粉样品以5 000 r/min离心10 min。DNS方法测定游离葡萄糖质量分数，淀粉中FG的质量分数计算：

(1)

1.3.4 总淀粉(TS)质量分数测定[17]

精确称取1.000 g粉碎好的样品，放入100 mL三角瓶中，加入15 mL蒸馏水和10 mL 6 mol/L HCl，在沸水浴中加热水解30 min取出。待三角瓶中的水解液冷却后，用 6 mol/L NaOH中和至微红色，用蒸馏水定容至100 mL，过滤，取滤液10 mL，移入容量瓶定容到100 mL，均匀混合，测定总淀粉质量分数。总淀粉质量分数通过公式计算：

总淀粉质量分数=

(2)

1.3.5 体外模拟淀粉消化及淀粉水解曲线

模拟唾液(SSF)：15.1 mmol/L KCl，3.7 mmol/L KH2PO4，13.6 mmol/L NaHCO3，0.15 mmol/L MgCl2·6H2O，0.75 mmol/L CaCl2·H2O，和75 U/mL来自猪胰腺的淀粉酶；用6 mol/L HCl将pH调节至7.0[10]。

模拟胃液(SGF)：6.9 mmol/L KCl，0.9 mmol/L KH2PO4，25 mmol/L NaHCO3，47.2 mmol/L NaCl，0.1 mmol/L MgCl2·6H2O，0.075 mmol/L CaCl2·H2O和2 000 U/mL来自猪胰腺的胃蛋白酶；用6 mol/LHCl将pH调节至3.0[10]。

模拟十二指肠液(SDF)：6.8 mmol/L KCl，0.8 mmol/L KH2PO4，85 mmol/L NaHCO3，38.4 mmol/L NaCl，0.33 mmol/L MgCl2·6H2O，0.3 mmol/L CaCl2·H2O，3 mg/mL来自猪胰腺的胰酶和8 mg/mL的胆汁盐；6 mol/LHCl将pH调节至7.0[10]。

在模拟消化的体系中，样品与消化液的比例始终保持50/50(m/V)。具体操作为：食物/模拟唾液(SSF)、口服内容物/模拟胃液(SGF)和胃内容物/模拟肠液(SDF)。将5.000 g样品与5 mL SSF(含有α-淀粉酶)混合；通过使用研杵破碎样品进行模拟咀嚼1 min，并在37 ℃下搅拌温育2 min这是模拟食物在口腔中的消化。接着，向样品中加入10 mL SGF(含有胃蛋白酶)，将pH调节至3.0；然后将样品在37 ℃下与轨道振荡一起温育30 min，模拟食物在胃中的消化。最后，在体系中加入20 mL SDF(含有胰酶和胆汁盐)，最后，通过加入20 mL SDF(含有胰酶和胆汁盐)进行模拟食物在肠中消化以获得淀粉消化；以模拟淀粉在肠中的消化。在模拟肠消化阶段的0、10、20、30、60、90、120、150、180 min进行取样1 mL，并立即沸水浴灭酶以终止消化。将消化物在8 ℃下以5 000 r/m离心10 min。取上清液进行还原糖检测，以监测淀粉的水解度。每个样品一式两份进行体外消化模拟[18-20]。

用DNS法在分光光度计A540 nm测定还原糖质量分数。通过公式计算样品水解率，并绘制样品的体外消化反应时间和水解速率的水解曲线。

(3)

1.3.6 快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)及抗性淀粉(RS)质量分数

根据淀粉的消化率，可以分为20 min内消化完的RDS、20～120 min内消化完食物SDS和120 min内还没消化的RS[21]。计算公式为：

(4)

(5)

(6)

式中：葡萄糖20 min为淀粉水解20 min产生的葡萄糖质量/mg；葡萄糖120 min为淀粉水解120 min产生的葡萄糖质量/mg。

1.3.7 样品血糖生成指数的计算

以水解时间和淀粉水解速率分别为横、纵坐标制作淀粉水解曲线，并计算曲线下面积(AUC)，得出样品淀粉水解指数(HI)和血糖生成指数(EGI)[22]。

(7)

EGI=39.71+0.549×HI

(8)

1.3.8 生物活性物质测定

总多酚质量分数：根据Wang等[23]描述的Folin-Ciocalteu方法测定总多酚质量分数。将磨碎的样品1.000 g在室温下用20 mL 80%甲醇处理2 h。将混合物通过慢速定量滤纸过滤。取0.3 mL的提取物在试管中与1.5 mL新制备的Folin-Ciocalteu试剂(1∶10)混合。静置5 min后，加入1.5 mL的6.0%Na2CO3溶液。剧烈搅拌溶液，后在室温下避光保持90 min。使用分光光度计在725 nm处读取吸光度，用甲醇80%做空白对照。使用没食子酸做标准曲线，标准曲线方程为y=0.050 5x+0.043 2，R2=0.999 3相关性极好。总多酚以mg没食子酸当量(GAE)/ 100 g干物质表示。

总类胡萝卜素质量分数：参照文献[24]的方法测定。将1.000 g样品与10 mL 80%丙酮混合，搅拌10 min，用离心机以3 000 r/min离心10 min。使用分光光度计在480 nm处测量上清液的吸收。总类胡萝卜素质量分数以μg/100 g干物质表示。

总黄酮质量分数：总黄酮利用氯化铝方法来测定[25]。取2.000 g 冷冻干燥样品加入15mL丙酮/水/乙酸(体积比为70∶29.5∶0.5)提取液，超声提取20 min，10 000 r/min离心10min。上清液用于总黄酮的测定。将2 mL样品液移入10 mL刻度比色管内，加入3 mL 30%乙醇，再加入0.3 mL 5% NaNO2溶液，摇匀后放置5 min，加入0.3 mL 10% 硝酸铝溶液摇匀后放置6 min，加2 mL 1mol/L NaOH溶液，用30%乙醇定容至刻度，摇匀放置1 min，在510 nm条件下测定吸光度。以蒸馏水取代样品提取液作为对照，以芦丁为标准建立标准曲线，得方程y=0.138 4x+0.125 6，R2=0.998 9相关性极好，结果以干燥样品中的芦丁的质量(mg/100 g)表示。

1.4 数据统计分析

各实验测定指标重复3次，实验数据以平均值±标准差来表示，数据统计分析采用SPSS Statistics 20软件进行相关性分析(P<0.05)，作图采用Original 8.0软件。

2 结果与讨论

2.1 小麦粉基本成分测定

小麦粉的基本成分以干基计，灰分为(0.60±0.03)%，脂肪为(0.96±0.04)%，湿面筋质量分数为(34.27±0.09)%，白度为(85.04±0.07)%。

2.2 体外模拟淀粉消化

2.2.1 游离葡萄糖(FG)及总淀粉(TS)质量分数

从图1a中看出XM和XN样品的游离葡萄糖(FG)质量分数分别为2.63%和2.84 %。馕的FG质量分数略高于馒头，可能是因为烤制馕的温度高于蒸馒头，在较高的温度下，淀粉的糊化程度提高，增加了酶与淀粉分子的接触，从而加快了淀粉的酶解，由此增加了FG质量分数，实验结果也说明加工方式会影响FG生成量[26]。图1b可见XM和XN的总淀粉TS质量分数分别为52.98%和54.70%，XN的TS高于XM，且差异显著(P<0.05)，说明烹饪方式对馕和馒头的TS有较大影响。

注：标有不同字母表示差异显著性(P<0.05)，下同。图1 不同样品中游离葡萄糖和总淀粉质量分数

2.2.2 RDS、SDS、RS及淀粉水解曲线

2种样品体外模拟淀粉消化得到淀粉组成RDS、SDS、RS百分比及水解曲线如图2所示。从图2a中可以看出XM和XN前20 min的快速消化淀粉RDS分别为34.81%和24.00%；前120 min缓慢消化淀粉SDS分别为3.25%和7.10%；抗性淀粉RS分别为8.80%和13.16%。馒头中的RDS质量分数明显高于馕，馕中的SDS略高于馒头，馕中RS明显高于馒头，且差异显著(P<0.05)。原因是馕在制作过程中加入植物油等一些辅料，除了直链淀粉与支链淀粉可以紧密缔合成网状结构外，直链淀粉还与脂质形成稳定的结晶结构，这些结构都可以抵抗淀粉的酶解，使得馕中的RDS低于馒头。样品中的支链与直链淀粉、蛋白组分、矿物质、脂肪以及不同的胶稠度、淀粉糊化特性等，所有这些成分的质量分数以及表现特性都会对抗性淀粉的形成产生一定的影响[27]。馕的抗性淀粉(RS)质量分数明显高于馒头，蒸制和烤制对抗性淀粉质量分数影响显著，因为烤制与蒸制相比，对蛋白质的破坏较小，烤制样品的蛋白质消化速率低于蒸制。蛋白质主要是对淀粉颗粒的包埋影响淀粉的受热、变性、溶出等过程，增加了RS质量分数[27]。另一方面，小麦淀粉的熔融温度在130 ℃左右，馕在制作过程中的温度显著高于馒头，有助于淀粉的支链部分水解，增加了直链淀粉的质量分数，有利于晶核的形成，从而使馕的RS质量分数增加[27]。同一种小麦粉蒸制馒头的 SDS 质量分数显著低于烤制馕，这可能是因为在烤箱烤制的干热条件下，水分从馕坯的最外层快速蒸发致使淀粉颗粒的不完全糊化[28]。由于淀粉颗粒的不完全溶胀和部分水解会使淀粉酶与底物的接触能力降低，水解性会随着淀粉糊化程度的下降而减弱[29]。

图2 不同样品中淀粉消化及水解率曲线

从图2b淀粉消化率曲线看出，2种样品的消化模式是相似的，在肠道消化的前20 min淀粉水解率迅速升高，而后趋于平缓，在45 min基本达到平衡。XM和XN在20 min时淀粉水解率分别为49.07%和70.66%；在120 min时淀粉水解率分别为62.05%和76.79%。从曲线总体的淀粉水解速率来看，馒头的淀粉水解率显著高于馕。这一现象与湿热比干热处理淀粉更容易被淀粉酶消化的结论相一致[30]。原因是在加工过程中，淀粉颗粒在水和热的共同作用下会发生不同程度的膨胀，淀粉的有序排列结构受到破坏，烤制和蒸制的面制品相比，蒸制的馒头中淀粉的颗粒结构较为疏松，增加了酶与淀粉的作用位点，加快了淀粉的消化程度，而烤制的馕的淀粉体外消化性能比较低，有较强的抗酶解能力[31]。

2.2.3 淀粉水解指数及血糖生成指数

样品淀粉的水解指数(HI)及血糖生成指数(GI)如表1所示。馒头的HI及GI显著高于馕(P<0.05)，这与馕中抗性淀粉质量分数显著高于馒头的结果相拟合，抗性淀粉在食物消化过程中可以吸水溶胀而成为高黏度的溶胶，增加人体饱腹感，起到控制人体血糖的目的[30]。直链淀粉和支链淀粉的比例、淀粉颗粒的原生环境、淀粉的凝胶化以及食品加工方式等都对淀粉类食品的GI有影响[32]。

表1 不同样品中淀粉水解指数及血糖生成指数估计、总多酚和总类胡萝卜素质量分数

2.2.4 生物活性物质

多酚拥有较好的抗氧化活性，对人体有诸多益处，而小麦粉的品种、工艺流程存储方式都对它的质量分数有影响。从表1中看出馕中多酚质量分数明显高于馒头，且差异显著(P<0.05)。原因有两个方面，一是由于馕中添加了一些富含多酚的辅料比如芝麻等；二是馕在高温烤制过程中，发生复杂的物理、化学反应，如小麦粉还有一定量的蛋白质，与糖产生的美拉德反应，可能会产生和释放一些总多酚类的物质[33]。

小麦粉中的类胡萝卜素质量分数虽然不是主要成分，但种类较多，如叶黄素、胡萝卜素、黄体黄素等，不仅具有抗氧化、预防慢性疾病等生物活性作用，还会影响到小麦粉的加工特性[33]。从表1中可以看出，馒头中的总类胡萝卜素的质量分数显著高于馕(P<0.05)，烤制比蒸制对类胡萝卜素的破坏性更大，造成类胡萝卜素更大的损失。结果与刘晓庚[33]报道相一致，通常的蒸、煮烹饪加工方式对其影响较小，但对于高于150 ℃的烤、炸等加工方式而言，类胡萝卜素将会发生明显的热降解[33]。

从图3中可以看出新疆地区的馕和馒头总黄酮质量分数分别为34.26、13.54 mg Rutin/100 g。馕中黄酮质量分数明显高于馒头，且差异显著(P<0.05)，原因与总酚变化相同。

图3 不同样品中总黄酮质量分数

3 结论

利用体外模拟淀粉消化来研究新疆地区馕制品中淀粉的消化特性，对唾液、胃液、及肠液进行模拟，并对样品在肠液中不同时间下淀粉的消化率进行研究，同时对小麦粉制成的馒头和馕相互比较。结果表明，馕中游离葡萄糖(FG)和总淀粉(TS)质量分数高于馒头；它们具有相似的消化特性，肠道消化的前20 min淀粉水解率迅速升高，而后逐渐趋于平缓，馒头的淀粉水解率显著高于馕；馒头中RDS高于馕，而馕中的RS和SDS高于馒头，意味着加工方式将会影响到淀粉的消化率；馒头中HI与GI高于馕，说明馕中抗性淀粉有较强的生理活性。烤制的馕比蒸制的馒头更加有效地保留多酚和黄酮类物质，但是烤制使总类胡萝卜素质量分数降低，表明加工方式可以造成面制品中生物活性物质含量的变化。